半导体物理课件2.2

第一章 半导体中的 电子状态,电子科技大学微固学院 2020年3月,主要内容, 1.1 半导体的晶体结构和结合性质 1.2 半导体电子状态与能带 1.3 半导体电子运动 有效质量 1.4 半导体中载流子的产生 导电机构 1.5 Si、Ge、GaAs的能带结构,要求:掌握半导体中的电子运动、有效质量,

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1、第一章 半导体中的 电子状态,电子科技大学微固学院 2020年3月,主要内容, 1.1 半导体的晶体结构和结合性质 1.2 半导体电子状态与能带 1.3 半导体电子运动 有效质量 1.4 半导体中载流子的产生 导电机构 1.5 Si、Ge、GaAs的能带结构,要求:掌握半导体中的电子运动、有效质量,本征半导体的导电机构、空穴,锗、硅、砷化镓的能带结构。, 1.1 半导体的晶体结构和结合性质,晶体结构:,金刚石型 闪锌矿型,结合键:,共价键 混合键共价+离子,重点:,1. 金刚石型结构和共价键,由两个面心立方晶格沿立方体的空间对角线滑移1/4空间对角线长度套构而成,。

2、第四章 金属半导体结,引言,金属半导体形成的冶金学接触叫做金属半导体结(M-S结)或金属半导体接触。把须状的金属触针压在半导体晶体上或者在高真空下向半导体表面上蒸镀大面积的金属薄膜都可以实现金属半导体结,前者称为点接触,后者则相对地叫做面接触。金属半导体接触出现两个最重要的效应:其一是整流效应,其二是欧姆效应。前者称为整流接触,又叫做整流结。后者称为欧姆接触,又叫做非整流结。 金属半导体结器件是应用于电子学的最古老的固态器件。 1874年布朗(Brawn)就提出了金属与硫化铅晶体接触间具有不对称的导电特性。 1906。

3、第2章 半导体中杂质和缺陷,固体材料:超导体: 大于106(cm)-1导 体: 106104(cm)-1半导体: 10410-10(cm)-1 绝缘体: 小于10-10(cm)-1,半导体的导电机制(能带角度),孤立原子能级,满带不导电 非满带 导电,晶体能带,2)、随着温度的升高,两者开始出现差别:a) 半导体: 最外层能带全满非满。 b) 绝缘体:最外层能带仍是全满。,1)、低温下,半导体和绝缘体能带在本质上是相同的。绝对零度下,它们最外层能带都是满带,均不导电。,半导体和绝缘体的区别?,思考:半导体中的载流子来源?,理想晶体自带电子本征激发其它来源(非理想晶体),2.1 硅锗晶。

4、第1章 半导体中的电子状态,本章重点 半导体材料中的电子状态及其运动规律 领会“结构决定性质” 处理方法 单电子近似能带论,假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其它电子的平均势场中运动。 该势场具有与晶格同周期的周期性势场。,单电子近似,1.1 半导体的晶格结构和结合性质,预备知识 晶体(crystal) 由周期排列的原子构成的物体 重要的半导体晶体 单质:硅、锗 化合物:砷化镓、碳化硅、氮化镓,晶体 crystalline,非晶 Amorphous,多晶 polycrystalline,周期性结构:如简立方、面心立方、体心立方等。,晶格(lattice),。

5、第三章 半导体中载流子 的统计分布,半导体中载流子产生及热平衡热激发产生载流子: 电子从价带跃迁到导带杂质电离产生导电电子或空穴反过程:电子和空穴减少载流子复合两过程达到平衡态 本章内容:探讨平衡态半导体中载流子密度的变化规律:量子态随能量分布;电子在能量量子态上的分布;及其随温度变化,1.状态函数密度,在能带E到E+dE之间无限小的能量间隔内有dZ个量子态, 则状态密度定义为,表示能带中能量E附近单位能量间隔内的量子态数,知道它,则允许的量子态按能量分布的情况就知道了,(态密度),三维空间晶体 波函数 在三维基矢方向上分。

6、Semiconductive Devices,1, Semiconductive diode,1), Structures,Spot contact,Face contact,2),I-V characteristics,Startup Voltage: Si:0.6V,Ge:0.2V。,Operating Voltage: Si:0.60.7V,Ge:0.20.3V。,Reverse saturated Voltage :UBR,3) Some parameters,A) maximal operating current: IOM,B) Reverse saturated Voltage :UBR,C) Reverse Current: IR,D) Differential resistance rD,uD,D) Capacitance in diode,Including:Barrier Capacitance CB and Diffusion Capacitance CD。,CB :Produced by the change of space charge und。

7、第2章 半导体中杂质和缺陷能级,要求,掌握锗、硅晶体中的杂质能级, -族化合物半导体的杂质能级。 理解点缺陷。,实际半导体晶体,理想半导体晶体,在平衡位置附近振动,原子静止在格点位置上,纯净的,含有杂质,晶格结构完整无缺,存在着各种缺陷,实际晶体与理想晶体的区别,杂质 (impurity):在半导体晶体中引入的新的原子或离子缺陷 (defect):晶体按周期性排列的结构受到破坏,Si能够得到广泛应用的重要原因: 对其杂质实现可控操作, 从而实现对半导体性能的精确控制,杂质主要来源:,无意掺入:制备半导体的原材料纯度不够,加工工艺有意掺入:。

8、第1章 半导体器件基础,1.1 实训一 常用电子仪器的使用 一、实训目的 1、学习电子电路实验中常用的电子仪器示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要技术指标性能及正确使用方法。 2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 二、实训原理在模拟电子电路实验中,经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表、万用电表等。可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。,1. 1、 示波器 )使用前的准备 打开电源开关前先设定各个控制键(如表1.1)所示:表1.1,所有。

9、第二章 PN结,热平衡PN结 加偏压的PN结 理想PN结的直流电流-电压特性 空间电荷区的复合电流和产生电流 隧道电流 I-V特性的温度依赖关系 耗尽层电容 小信号交流分析 电荷贮存和反向瞬变 PN结击穿,引言,PN结是几乎所有半导体器件的基本单元。除金属半导体接触器件外,所有结型器件都由PN结构成。PN结本身也是一种器件整流器。PN结含有丰富的物理知识,掌握PN结的物理原理是学习其它半导体器件器件物理的基础。,由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触(原子级接触)所形成的结构叫做PN结。,任何两种物质(绝缘体除外)的冶金学接触都称为结(j。

10、Semiconductor Physics,2019/8/31,1,第五章 p-n结,1 p-n结基本概念2 p-n结的电流电压特性3 p-n结电容效应4 p-n结的隧道效应5 p-n结的光生伏特效应,Semiconductor Physics,2019/8/31,2,PN结 半导体器件基本结构之一,半导体器件主要有67种,还有110个相关 的变种,但都是由少数的基本模块构成: pn结 金属半导体接触 MOS结构 异质结 超晶格,Semiconductor Physics,2019/8/31,3,1 p-n结及其基本概念,(1) p-n结的形成(2) p-n结的基本概念,Semiconductor Physics,2019/8/31,4, p-n结的形成 p-n结的形成控制同一块半导体的掺杂,形成pn结 (合金法。

11、补充 晶体管的直流特性,一、 概述 二、 平面晶体管的电流放大系数及影 响电流放大系数的因素 三、 晶体管的反向电流 四、 晶体管的击穿电压 五、 晶体管的基极电阻 六 习题, 晶体管的基本结构 平面晶体管的电流放大系数 晶体管的直流特性 晶体管的反向电流,晶体管(半导体三极管)是由两个P-N结构成的三端器件。由于两个P-N结靠得很近,其具有放大电信号的能力,因此在电子电路中获得了比半导体二极管更广泛的应用。(半导体二极管由一个P-N结构成,利用P-N结的单向导电性,二极管在整流、检波等方面获得了广泛应用。)本章将在P-N结理论。

12、半导体物理与固体能带理论,参考书目:,1、半导体物理学:第十一章-第十三章, 孟宪章,康昌鹤,(吉林大学校内讲义)。2、半导体物理学,李名复,科学出版社,1998.3、半导体物理学(上、下册),叶良修, 上海科学技术出版社,1984。4、半导体物理学,黄昆,谢希德,科学出版社,1958。5、 Physics of Semiconductor Devices, 2nd, S. M. Sze(施敏), Wiley, 1981.6、半导体物理与器件-基本原理,Donald A. Donald A. Meamen, (第三版)(英文版), 清华大学出版社,2003。,第一章 晶体的能带理论,1.1 能带理论的基础,1、原子价近似:晶。

13、,第2讲 力的合成与分解,合力一定大于分力吗? 提示:合力的“合”不是“和”,合力不一定大于分力,可能比分力大,可能比分力小,也可能与分力相等,也可能为零.,1. 把一个力分解为两个力时,下面说法中正确的是( ) A.两个分力中,一个分力变大时,另一个分力一定减小 B.两个分力必然同时变大,或同时变小 C.无论如何分解,两个分力不能同时大于这个力的2倍 D.无论如何分解,两个分力不能同时小于这个力的,【解析】选D.一个力分解为两个分力时,由平行四边形各边关系可知,一个分力变大,另一个分力不一定减小,可以增大,也可以减小,但同。

14、2.2 -族化合物中的杂质能级,杂质原子空间分布位置,替位式:杂质原子可能替代族原子或V族原子,如A、B。,1、替位式杂质,2、间隙式杂质,间隙式:杂质原子存在于族原子或V族原子的周围间隙,如C。,麓揉肄轨凌余贩渐幢狡冠第疫漫综衍加售额刀敝温骨芍膝滓接勿楚谐范嘘半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,替位式杂质,间隙式杂质,巡测驱统观便苔泛啸瘸抢踊枯晒彪茶垢堂宿泼弦等晚灰然宏耐承浑践酵端半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,杂质原子在砷化镓中的能级及分析,下面将按元素周期表中各族元素的分类,讨论砷化镓中的杂质能级。下图为各。

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